DE2737336A1

DE2737336A1 - Fraktionierverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2737336A1
Application number: DE19772737336
Authority: DE
Inventors: Dennis G Alexion; Jun Frederick P Storm
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1976-08-20
Filing date: 1977-08-18
Publication date: 1978-02-23
Also published as: AU519390B2; FR2361926B1; US4140585A; AU2802577A; GB1586877A; US4132604A; JPS6041112B2; FR2361926A1; BR7705470A; ZA774788B; CA1089401A; JPS5325607A

Description

DR. BERG DIPL-ING. STAPF DIPL-ING. SCHWABE DR. DR. SANj?MAIR

PATENTANWÄLTE
Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte 28 392 S/Ja

18. 8. 1977

Exxon Research and Engineering Company Linden, New Jersey / USA

"Fraktionierverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens"

Die Erfindung betrifft die RückfluSrUckführung zu einem Fraktionierturm und befaßt sich insbesondere mit einem RUckflußrUckfUhrsystem zur inneren Erhöhung der Temperatur des Rückflusses.

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Destillation 1st die Trennung der Bestandteile eines Flüssigkeitsgemische durch die partielle Verdampfung des Gemische und getrennte Gewinnung von Dampf und Rückstand. Eine Destillation, die so durchgeführt wird, daß der aus einer Destilllerblase aufsteigende Dampf in Kontakt mit einem kondensierten Teil des vorher aus der gleichen Destilllerblase entwickelten Dampfes in Berührung kommt, wird als Rektifizierung bezeichnet. Wfihrend der Rektifizierung findet eine MaterialUbertragung und ein Wärmeaustausch zwischen dem Dampf und dem Kondensat statt, wodurch eine höhere Konzentration an flüchtigeren Bestandteilen im Dampf erzeugt wird, als sonst mit einem einzelnen Destillationsvorgang unter Verwendung der gleichen wärmemenge erhältlich wire. Die zu der Rektifizierkolonne rUckgefUhrten kondensierten Dampfe werden als Rückfluß bezeichnet. Der Ausdruck Fraktionierung ist synonym mit Rektifizierung und wird üblicherweise zur Beschreibung der Rektifizierung verwendet, die in der Raffination·-und Erdöltechnik ausgeführt wird.

In einer typischen Fraktionieranlage werden die Uberkopfdampfe aus einem Fraktionlerturm durch einen Wärmeaustauscher oder Kühler geführt, wo sie unter Bildung eines flüssigen Produktes kondensiert werden, das dann zu einer uberkopfsammeltrommel geleitet wird. Die Temperatur des in der überkopftrommel gesammelten flüssigen Produktes

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liegt normalerweise gut unterhalb der Kopftemperatur des Turms. Ein Teil dieses flüssigen Produktes wird zu der Kolonne als Rückfluß rückgeführt, indem es normalerweise direkt auf den RückflußrUckfUhrboden gepumpt wird. Das plötzliche Vermischen des kalten Rückflusses mit der heißeren Flüssigkeit auf dem Boden bewirkt, daß die Temperatur auf dem Teil des Bodens, der dem Rückflußeinlaß am nächsten ist, rasch abfällt.

Zum Zweck der Wärmewirtschaftlichkeit war es bisher übliche Praxis, ein Zweikühler-, Zweitrommel-Überkopfsystem anstelle eines Einkühler-, Eintrommelsystems zu verwenden, inüem die Dämpfe kondensiert werden, wobei die erhaltene Flüssigkeit auf eine, relativ niedrige Temperatur gekühlt wird und die Flüssigkeit in einer einzigen Trommel gesammelt wird, aus der der Rückfluß und das Produktdestillat abgezogen werden. In dem Zweikühler-, Zweitrommelsystem werden die Uberkopfdämpfe aus dem Fraktionierturm teilweise in dem ersten Kühler kondensiert, und die erhaltene Flüssigkeit wird in der ersten Trommel bei einer Temperatur in der Mitte zwischen der Kopftemperatur des Turms und der Temperatur des Produktdestillats gesammelt. Diese Flüssigkeit, die sich bei einer höheren Temperatur befindet als In einem Einkühler-, Eintrommelsystem erhältlich wäre, wird dann zu der Kolonne als Rückfluß rückgefUhrt. Die verbleibenden Dämpfe in der ersten Trommel werden durch

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einen zweiten Kühler geleitet, wo sie weiter gekühlt und unter Bildung des Destillatproduktes kondensiert werden, das dann in der zweiten Trommel gesammelt wird. In bestimmten Fällen wurden mehr als zwei Kühler und Trommeln in Fraktionierüberkopfsystemen verwendet.

Obgleich die Verwendung eines Zweikühler-, Zweltrommel-Uberkopfsystems die Rückführung von Rückfluß zum Fraktionierturm bei einer höheren Temperatur ermöglicht, als unter Verwendung eines Einkühler-, Eintrommelsystems gewöhnlich erhältlich ist, befindet sich der Rückfluß noch bei einer merklich tieferen Temperatur, als die der Flüssigkeit auf dem RUckflußrUckfUhrboden, und daher führt das Vermischen des Rückflusses mit der heißen Flüssigkeit auf dem Boden zu kühlen Stellen und einem plötzlichen Temperaturabfall auf oder in Nähe des Bodens. In vielen Fällen hat diese Abkühlung wenig nachteilige Wirkungen auf den Betrieb des Fraktionierturms. Es können jedoch Situationen vorliegen, wo ein plötzlicher Abfall und eine Fehlverteilung der Temperatur auf oder nahe des RUckflußrückführbodens sich auf den Fraktionierprozeß nachteilig auswirken.Dies ist der Fall, wenn eine der Komponenten des Dampfes eine Substanz 1st, die unter Bildung eines Feststoffs desublimlert, wenn die Temperatur auf oder in Nähe des RUckflußrUckführbodens unter einen bestimmten Wert abfällt. Eine langsame Ansammlung von

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festem Material verstopft den RückflußrUckführboden, verringert die Wirksamkeit der Fraktionierung und zwingt eventuell zur Stillegung des Fraktionlerturms. Um sicherzustellen, daß die Temperatur auf dem RUckflußrückfUhrboden nicht unterhalb der Desublimationtemperatur abfällt, kann es notwendig sein, daß die Temperatur des kalten Rückflusses wesentlich erhöht wird, bevor er auf den RückflußrUckführboden in dem Fraktionierturm geleitet wird.

Die Erfindung liefert ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückführung eines Rückfluß Stroms zu einem RückflußrUckführboden in einem Fraktionierturm. Gemäß der Erfindung wurde nun gefunden, daß die Temperatur des Rückflusses erheblich erhöht werden kann, nachdem der Rückfluß in den Turm eintritt und bevor er auf den RückflußrUckführboden wandert, indem der Rückfluß durch einen Zerstäuber in dem Fraktionlerturm oberhalb des RückflußrUckfUhrbodens unter Erzeugung eines herunterfallenden Sprühnebels aus FlUssigkeitströpfchen geführt wird·, die Tröpfchen auf einem zwischen dem Zerstäuber und dem RückflußrUckführboden angeordneten Rückflußtrog bzw. einer Rückflußschale gesammelt werden, wobei der Rückflußtrog so ausgebildet 1st, daß der Durchgang heißer Dämpfe, die aus dem RückflußrUckführboden aufsteigen, möglich ist; und die gesammelte Flüssigkeit aus dem Rück-

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flußtrog zu dem RUckflußrUckführboden geführt wird.

Der Abstand zwischen dem Rückflußtrog oder -becken und den Zerstäuber ist so, daß die herabfallenden Tröpfchen genügend WSrme aus den Dämpfen absorbieren können, die aufwärts durch den Rückflußtrog wandern, sodaß die Temperatur der auf dem RUckflußtrog gesammelten RUckflußflüsslgkeit auf einen gewünschten Wert erhöht wird. Normalerweise ist es zweckmäßig, die Rückflußtemperatur auf einen speziellen Wert zu erhöhen, um Betriebsprobleme zu vermelden, die sonst auftreten können. Wenn beispielsweise eine Verbindung, die der Desublimation unterliegt, in der Dampfphase In der Fraktionlervorrichtung vorliegt« kann es zweckmäßig sein, die Rückflußtemperatur auf einen Wert oberhalb der Desublimatlonstemperatur zu erhöhen, wodurch die Bildung von Feststoffen verhindert wird, welche den RückflußrUckführboden verstopfen können. In gleicher Weise kann es, wenn Wasserdampf in der Dampfphase der Fraktioniervorrichtung vorliegt, vorteilhaft sein, die Rückflußtemperatur auf einen Wert zu erhöhen, der sicherstellt, daß der Rückfluß nicht dazujführt, daß Wasser aus der Dampfphase auskondensiert und sich auf dem Rückflußrttckführboden sammelt, wo es Korrosionsprobleme bewirken kann.

per Abstand zwischen dem Zerstäuber und dem Rückflußtrog,

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der zur Erhöhung der Temperatur des Rückflusses auf den gewünschten Wert notwendig ist, kann auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, indem ein Zweikühler-, ZweitrommelUberkopfsystem zur Erhöhung der Temperatur des Rückflusses vor dessen Einführung in die Fraktioniervorrichtung verwendet wird. In einem derartigen System wird lediglich ein Teil der Wärme in den Uberkopfdämpfen entfernt, wenn sie durch den ersten Kühler wandern. Auf diese Weise besitzt der flüssige Abstrom oder Rückfluß aus diesem Kühler eine höhere Temperatur, als normalerweise unter Verwendung eines Einkühler-, Eintrommelsystems erhältlich ist. Die verbleibenden Dämpfe werden dann in einem zweiten Kühler unter Bildung eines viel kälteren Destillatproduktes kondensiert.

Die einzige Figur in der Zeichnung ist ein schematisches Fließbild eines atmosphärischen Destillationssystems, das gemäß der Erfindung betrieben und ausgebildet ist.

Im folgenden wird die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Die in der Zeichnung wiedergegebene Destillationskolonne 11 und ihre Überkopfeinrichtung bilden ein System zur atmosphärischen Destillation des Ablaufs aus einem KohleverflUssigungsreaktor unter Verwendung von Wasserstoffdonatoren unter Er-

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zeugung eines Abgases, eines Uberkopfdestillats von Naphthaqualität, eines Nebenstroms von Lösungsmittelqualität und eines feststoffhaltigen Rückstandes. Das in der Zeichnung wiedergegebene Destillationssystem 1st ein Teil eines Gesamtbetriebsschemas zur Herstellung eines hydrierten flüssigen Produktes aus Kohle durch Behandlung der Kohle mit einem wasserstoffhaltigen Gas in Gegenwart eines wasserstoffliefernden Lösungsmittels. Es ist klar, daß die Erfindung nicht auf das spezielle in der Zeichnung wiedergegebene Destillationssystem oder auf die Anwendung eines derartigen Systems in einer KohleverflUsslgungsbehandlungsanlage beschränkt ist, sondern in Verbindung mit anderen Arten von Destillationssystemen in jeder beliebigen Art Behandlungsschema eingesetzt werden kann, in dem es erwünscht 1st, die Temperatur eines Rückflufistroms,nachdem er zum Fraktionierabschnitt einer Destillierkolonne rUckgeführt worden 1st und bevor er auf einen RückflußrUckfUhrboden geführt wird, zu erhöhen.

Die In der Zeichnung wiedergegebene Destillationskolonne 11 besteht aus einem Abstreifabschnitt 12 und dem Fraktionlerturm 13. Der Fraktionierturm 13 enthält eine Reihe von Böden, die im allgemeinen mit der Bezugszahl 14 bezeichnet werden, wovon der erste direkt oberhalb des Punktes angeordnet 1st, bei dem die Beschickung durch Leitung 10 in die Destillationskolonne eingeblasen wird.

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Die Böden sind normalerweise Siebböden, können Jedoch beliebige andere Arten von Standardfraktionierböden darstellen, die in dem System betriebsfähig sind. Die Anzahl der Böden hängt zum Teil von der Zusammensetzung der Beschickung und der Zusammensetzung der aus der Fraktionierung erwünschten Produkte ab.

Der Fraktionierturm ist so ausgebildet, daß zwei Hauptproduktschnitte erzeugt werden, ein Überkopfschnitt von Naphthaqualität mit einem Siedebereich von Über etwa 200⁰C (400⁰F) und einen Nebenstrom von Lösungsmittelqualität mit einem Siedeberelch zwischen etwa 200⁰C und etwa 370⁰C (400 bis 700⁰F). Der Strom von Naphthaqualität wird in Dampfform Uberkopf aus dem Fraktionlerturm durch Leitung 21 entfernt. Die Dämpfe werden dann durch ein Uberkopf system geleitet, das Naßwäscher 22, Kühler 27, RUckflußtrommel 29, Kühler 43 und Destillattrommel 35 aufweist, um ein flüssiges Destillatprodukt von Naphthaqualität zu bilden. Die Ausbildung und der Betrieb des Uberkopfsystems ist nachfolgend im einzelnen beschrieben. Der flüssige Lösungsmittelstrom wird durch Leitung 39 aus einem der Böden in Nähe des unteren Teils des Fraktionierturms 13 abgezogen. Das Lösungsmittel wird dann zu stromabwärts liegenden Anlagen geführt, wo es der katalytischen Hydrierung unterliegt, um wasserstofflieferndes Lösungsmittel zu bilden, das gereinigt wird

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und wenigstens teilweise zu dem Verflüssigungsreaktor rUckgefUhrt wird.

Die Beschickung zur Kolonne 11 ist normalerweise eine Aufschlämmung, die aus einem Kohleverflussigungsreaktor oder einer Reihe von VerflUssigungsreaktoren stromaufwärts der Destillierkolonne herstammt. Die Beschickungsaufschlämmung besteht normalerweise aus nicht umgewandelter Kohle oder Bhnlichen kohlehaltigen Feststoffen und mineralischen Bestandteilen, die in einem Ul suspendiert sind, das aus vielen verschiedenen Kohlenwasserstoffarten besteht. Gewöhnlich enthält die Beschickungsaufschlämmung gasförmigen Chlorwasserstoff und Ammoniak, die während des Verflüssigungsverfahrens aus chlor- und stickstoffhaltigen Verbindungen gebildet werden, welche in der dem stromaufwärts liegenden Reaktor zugeführten Kohle vorliegen.

Es 1st im allgemeinen erwünscht, Siebboden, die in der Zeichnung durch die Bezugszahl 15 bezeichnet werden, in dem Abstreifabschnitt 12 der Destillationskolonne zu verwenden. Die in den Abstreifabschnitt eintretende Flüssigkeit enthält normalerweise etwa 19 bis etwa 28 Gew. 56 Feststoffe. Die Anwesenheit von Feststoffen in diesen Konzentrationen kann es undurchführbar machen, Siebböden zu verwenden, aufgrund von Verstopfungsproblemen_;die eintreten

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können. Es kann daher notwendig sein, nebeneinander Prallflächen oder ähnliche Einrichtungen anstelle der Siebböden zu verwenden. Dampf wird in die Destillierkolonne durch Leitung 44 unterhalb des unteren Bodens eingeblasen und steigt durch die abfallende Flüssigkeit und Feststoffe, wobei die niedriger siedenden Kohlenwasserstoffe abgestreift werden. Diese Kohlenwasserstoffe wandern dann in Dampfform aufwärts in den unteren Teil des Fraktionierturms 13. Der Feststoffe enthaltende Rückstand wird aus dem Abstreifabschnitt über Leitung 40 entfernt und zu einem Vakuumabstreifer oder einer ähnlichen Einrichtung zur weiteren Behandlung geleitet.

Wie vorher erwähnt, bilden sich Ammoniak und Chlorwasserstoff normalerweise in dem VerflUseigungsreaktor und liegen daher in der Beschickung zur Destillationskolonne 11 vor. Die tatsächliche Konzentration des in der Beschickung vorliegenden Chlorwasserstoffs und Ammoniaks hängt zum Teil von der Zusammensetzung der dem VerflUssigungsreaktor zugeführten Kohle ab. Aufgrund der Anwesenheit von gasförmigem Chlorwasserstoff und Ammoniak in der Destillationskolonne ist es notwendig, sicherzustellen, daß die Temperatur in der Kolonne nicht unterhalb der Temperatur abfällt, bei der festes Ammoniumchlorid unter Verstopfung des Kolonneninneren desublimiert und dadurch den Destillationsprozeß stört. Der hler verwendete Ausdruck "Desubli-

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mlerung" bezeichnet die direkte Bildung einer festen Verbindung aus der gasförmigen Phase ohne irgendwelche merkliche Bildung einer Zwischenflüssigkeitsphase. "Sublimation" 1st das Gegenteil der Desublimation und wird hler zur Bezeichnung der Umwandlung einer festen Verbindung direkt in die Dampfphase verwendet.

Der aus der Sublimation von Ammoniumchlorid erhaltene Dampf besteht nicht aus molekularem Ammoniumchlorid, sondern hauptsächlich aus gleichen Volumen Ammoniak und Chlorwasserstoff. Wenn Ammoniumchlorid sublimiert, so dissoziiert es unter Bildung von Ammoniak und Chlorwasserstoff, wie durch die folgende Gleichung wiedergegeben:

^HC1

(g)

Da Ammoniumchlorid ein reiner Feststoff ist, kann seine Dissoziationskonstante wie folgt definiert werden:

^Kd =

^PNH₄C1

(2)

worin K_d die Dissoziationskonstante, p* den Partialdruck und ^pnHi.ci^den dampfdruck von Ammoniumchlorid darstellen. Wie aus der obigen Gleichung (2) ersichtlich, kann der Wert für K^ bei irgendeiner gegebenen Temperatur aus dem Dampfdruck des Ammoniumchlorids bei dieser Temperatur be-

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rechnet werden. Dampfdrücke von Ammoniumchlorid bei verschiedenen Temperaturen sind in weitem Umfang in der Literatur beschrieben.

Da, wie gleichfalls aus der obigen Gleichung (2) ersichtlich, Kg gleich dem Produkt der Partialdrticke von Ammoniak und Chlorwasserstoff ist, kann K_d an irgendeiner Stufe in der Destillationskolonne aus den Gleichgewichtsdaten für diese Stufe berechnet werden. Wenn das Produkt der PartialdrUcke über irgendeine Stufe größer als K_d für die Temperatur bei dieser Stufe ist, so beginnt Ammoniumchlorid zu desublimieren» da daß durch die obige Gleichung (1) dargestellte Gleichgewicht nach links verschoben wird. Daher sollten zur Verhinderung der Desublimlerung sämtliche Stufen in der Destillationskolonne normalerweise bei einer solchen Temperatur betrieben werden, daß das Produkt der PartialdrUcke weniger als K^ ist. Dies kann erreicht werden, indem die Temperatur Jeder Stufe in der Kolonne oberhalb der Desublimationstemperatur oder der Temperatur, bei der das Produkt der PartialdrUcke von Ammoniak und Chlorwasserstoff gleich K_d ist, gehalten wird.

Selbst obgleich die Destillationskolonne 11 so ausgebildet ist und so betrieben wird, daß die Temperatur sämtlicher Stufen oberhalb der Desublimationstemperatur von Ammoniumchlorid liegt, können Probleme auftreten, wenn kalter RUck-

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fluß zu der Kolonne rückgefUhrt wird. Es war bisher allgemeine Praxis, den Rückfluß durch eine Leitung direkt auf den RUckflußrückführboden einzuspritzen. Diese Maßnahme kann in der in der Zeichnung wiedergegebenen Destillationskolonne nicht in wirksamer Weise angewendet werden, da der kalte Rückfluß höchstwahrscheinlich dazu führt, daß die Temperatur der Flüssigkeit auf dem RUckflußrückfUhrboden unterhalb der Desublimationstemperatur des Ammoniumchlorids abfällt, was zur Bildung von festem Ammoniumchlorid führt. Ferner kann Jeglicher Rückfluß, der auf den Kolonnenwänden verspritzt, wenn er in den Turm eingesprUht wird, lokalisierte kalte Stellen erzeugen, die zur Bildung von Ammoniumchlorid führen. Kontinuierlicher Betrieb des Fraktionierturms in dieser Weise führt zu der Verstopfung des Rückflußrückführbodens mit Feststoffen, einer Herabsetzung der Wirksamkeit der Fraktionierung und eventuell einer Außerbetriebsetzung der Destillationskolonne. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es notwendig, den kalten Rückfluß zu dem Fraktionierturm so zurückzuführen, daß dessen Temperatur über die Desublimationstemperatur von Ammoniumchlorid erhöht wird, bevor der Rückfluß auf den RUckflußrückführboden geleitet wird.

Es wurde gefunden, daß die Temperatur eines einem Fraktionierturm zugeleiteten Rückflußstroms wesentlich erhöht werden

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kann, nachdem der Rückfluß in den Turm eintritt und bevor er auf den Rückflußzuführboden wandert, indem der Rückfluß durch einen Zerstäuber in dem Fraktionierturm oberhalb des RückflußrückfUhrbodens geleitet wird, um einen herunterfallenden Sprühnebel aus Flüssigkeitströpfchen zu erzeugen, die Tröpfchen auf einem zwischen dem Zerstäuber und dem RUckflußrUckführboden angeordneten Rückflußtrog gesammelt werden,wobei der Rückflußtrog so ausgebildet ist, daß der Durchgang heißer Dämpfe, die aus dem RUckflußrUckführboden aufsteigen, ermöglicht wird, und die gesammelte Flüssigkeit aus dem Rückflußtrog auf den RUckflußrUckführboden geleitet wird. Der Abstand zwischen dem Rückflußtrog und dem Zerstäuber wird so eingestellt, daß die herunterfallenden Tröpfchen genügend Wärme aus den aufwärts durch den Rückflußtrog wandernden Dämpfen absorbieren, sodaß die Temperatur der auf dem RUckflußtrog gesammelten RUckflußflUssigkeit auf einen gewünschten Wert gesteigert wird.Ih dem in der Zeichnung wiedergegebenen Destillationssystem können die Bildung von festem Ammoniumchlorid und die damit verbundenen Verstopfungsprobleme vermieden werden, indem dieser Abstand so eingestellt wird, daß die Temperatur des gesammelten Rückflusses größer ist, als die Desublimationstemperatur von Ammoniumchlorid.

Wiederum unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird flüssiger Rückfluß,dessen Bildung im einzelnen nachfolgend beschrie-

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ben wird, zu dem Fraktionierturm 13 über Leitung 17 rückgeführt. Der Rückfluß wird in den Turm durch Leitung 18 eingesprüht, die mit dem abwärts gerichteten Zerstäuber 19 verbunden ist. Der Zerstäuber überführt den Rückfluß in sehr feine FlUsslgkeitstrupfchen und treibt sie nach außen und unten über den Querschnitt des Fraktionierturme. Der Zerstäuber kann Jede beliebige Art einer üblichen Sprühdüse oder ähnlichen Einrichtung sein, die zur Erzeugung kleiner Tröpfchen ausgebildet 1st. Geeignete Sprühdüsen sind in der Literatur beschrieben und sind somit dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt. Es mag ratsam sein, eine ErsatzsprUhdUse zu verwenden, für den Fall, daß der kalte Rückfluß zur Verstopfung der in Betrieb befindlichen Düse mit Ammonlumchloridabscheidungen führt. Wenn einmal der Rückflußstrom zu der verstopften Düse beendet 1st, heben die heißen aufsteigenden Dämpfe die Verstopfung der Düse auf, indem die Subllmierung des Ammoniumchlorids bewirkt wird.

Die FlUssigkeitströpfchen werden auf dem Rückflußtrog gesammelt, der zwischen dem Zerstäuber und dem RückflußrUckführboden 16 angeordnet ist. Der Rückflußtrog kann Jede beliebige Art von Trog, Schale bzw. Boden oder eine ähnliche Einrichtung sein, welche die Flüssigkeitetröpfchen sammelt, sie als einen Flüssigkeitsstrom auf den darunter-

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befindlichen RückfMMkkfütaAoden führt und den Durchgang heißer Dämpfe ermöglicht, die aus dem Rückflußrückführboden aufsteigen, sodaß die Dämpfe die von dem Zerstäuber auf den Rückflußtrog fallenden kalten Flüssigkeitströpfchen kontaktieren. Ein Kamintrog oder -boden ist ein Beispiel einer Einrichtung, die als Rückflußtrog oder -schale verwendet werden kann. Ein derartiger Boden besteht aus einem ebenen festen Metallstück, das mit einem Standardablaufstutzen in Verbindung steht und Kamine oder vertikale Hohlstrukturen enthält, wodurch die Dämpfe aufwärts durch den Boden befördert werden. Der in der Zeichnung wiedergegebene. Rückflußtrog 20 ist ein Beispiel eines typischen Kaminbodens.

Wenn die Rückflußtröpfchen aus dem Zerstäuber 19 in Kontakt mit den Dämpfen fallen, die aus dem Rückflußrückführboden 16 durch die Kamine oder Kanäle auf dem Rückflußtrog 20 aufsteigen, wird Wärme aus des heißen Dämpfen auf die kalten Tröpfchen übertragen. Der Abstand zwischen dem Rückflußtrog und dem Zerstäuber weist ein solches Ausmaß auf, daß für die Tröpfchen ausreichende Zeit zur Verfugung steht, um genügend Wärme aus den Dämpfen zu absorbieren, sodaß die Temperatur der auf dem Rückflußtrog gesammelten Flüssigkeit größer ist, als die Desublimationstemperatur von Ammoniumchlorid. Im allgemeinen ist es erwünscht, daß die Temperatur etwa 5 bis etwa 22⁰C (10 bis 40⁰F) bevorzugt etwa HfC (25⁰F) oberhalb der Deeubli-

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matlonstemperatur liegt. Unter den Variablen, die in die Berechnungen zur Bestimmung dieses Abstandes eingehen, sind die Temperatur des in die Fraktioniervorrichtung eingeführten Rückflusses, die Größe der durch den Zerstäuber erzeugten Tröpfchen und die Temperatur der Dampfe. Die hier in Betracht kommenden Variablen und Berechnungen sind flhnlich denjenigen, die wie in der Literatur gezeigt, mit der Ausbildung von Sprühkammern verbunden sind und sind daher dem Fachmann auf dem Gebiet geläufig.

Die herunterfallenden Rückflußtröpfchen sammeln sich auf dem Trog 20 unter Bildung einer Flüssigkeitssäule, die gleich der Höhe des Wehrs oder Überlaufs 41 ist. Die überschüssige Flüssigkeit überströmt den Überlauf und wandert durch den Ablaufstutzen 42 auf den RUckflußrUckf Uhrboden 16, wo sie sich mit der Flüssigkeit auf dem Boden vermischt. Da die Temperaturen der beiden Flüssigkeiten beide oberhalb der Ammoniumchlorid-Desublimationstemperatur liegen, führen kalte Stelle auf oder in Nähe des Bodens nicht zur Bildung von festem Ammoniumchlorid.

Die aufsteigenden Dämpfe werden aus dem Fraktionierturm 13 durch Leitung 21 abgezogen und anschlieftend gekühlt und kondensiert. Venn diese Dämpfe einmal unter die Desubllmationstemperatur abgekühlt sind, bildet sich festes Ammoniumchlorid,und wenn es nicht entfernt wird, wird die Oberkopf anlage verstopft. Um zur Verhinderung der Ver-

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stopfung beizutragen, 1st es zweckmäßig, das Ammoniumchlorid, sobald es sich bildet_r in Wasser zu lösen. Dies kann in wirksamer Welse dadurch erreicht werden, daß die Uberkopfdlmpfe gleichzeitig mit Wasser in einer in Reihe befindlichen Direktkontakt-Wascheinrichtung, wie beispielsweise ein Venturirohr, eine ZerstäubungssprUhdUse oder dgl. gesättigt und gewaschen werden, bevor die Dämpfe dem ersten Kühler zugeführt werden.

Wiederum Bezug nehmend auf die Zeichnung, werden die Dämpfe in Leitung 21 in einen Naßwäscher oder eine ähnliche Einrichtung 22 geleitet, wo sie mit Wasser teilweise gesättigt und gewaschen werden, das über Leitung 23 in die EinschnUrstelle des Wäschers eingespritzt wird. Die Ausbildung des Wäschers ist ähnlich der eines Venturirohr s. Diese Ausbildung ermöglicht die Erzielung einer Über 99,5#igen Sättigung der Dämpfe in der Verengung des Wäschers. Das in die Verengung eingedüste Wasser wird zu Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser von etwa 100 Mikron durch die Scherwirkung der Dämpfe, die auf eine hohe Geschwindigkeit in dem Venturirohr beschleunigt worden sind, zerstäubt. Diese kleinen Tröpfchen ergeben einen großen Oberflächenbereich für den Wärmeübergang,und somit verdampft das Wasser leicht, wenn es Wärme aus den Überkopfdämpfen entfernt. Das Wasser, das im Überschuß zu der Menge vorliegt, die zur Sättigung des Gases erforderlich 1st, löst das Amaonium-

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chlorid, das sich bildet, wenn das Gas in dem Wäscher gekühlt wird. Wasser wird auch in den Naßwäscher über und unter der Verengung durch Leitungen 24 und 25 eingedüst. Dieses überschüssige Wasser gewährleistet ein vollständig nasses System und lust Jegliches zusätzliches Aamoniumchlorid, das sich gebildet haben kann.

Der Abstrom aus dem Naßwäscher 22 wird durch Leitung 26 in den Kühler 27 geführt, wo die Dämpfe gekühlt und teilweise kondensiert werden. Wenn die Dämpfe gekühlt werden, löst sich Jegliches gebildetes Ammoniumchlorid im Kondensierungswasser. Die den Kühler 27 verlassenden Dämpfe und Flüssigkeiten werden durch Leitung 28 in die Rückflußtroamel 29 geführt, wo sich das schwerere Wasser von dem leichteren Kohlenwasserstofföl durch Phasenabsetzung abtrennen kann. Das Wasser wird aus der Trommel über Leitung 30 entfernt und durch Leitungen 31, 23, 24 und 25 zu dem Naßwäscher 22 in Umlauf geführt. Um eine von Ammoniumchlorid in dem überkopfsystem der Destillations· kolonne 11 zu vermeiden, wird ein Teil des das Salz enthaltenden Wassers normalerweise durch Leitung 32 zur Reinigung abgeführt. Das Kohlenwasserstofföl In der Rückflußtrommel 29 wird durch Leitung 27 abgezogen und zum Fraktionierturm 13 als flüssiger Rückfluß in der vorstehend beschriebenen Weise rückgeführt.

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unter Verwendung eines Zweikühler-, ZweltrommelUberkopfsystems kann die Temperatur des FlUssigkeitsrUckflusses auf einen Wert erhöht werden, der wesentlich höher ist, als in einem Elnkühler-, Eintrommelsystem erhältlich ist. Dies wird dadurch erreicht, daß nur ein Teil der Wärme in den Dämpfen, wenn sie durch den ersten Kühler wandern, entfernt wird. Somit besitzt der FlUssigkeitsablauf aus diesem Kühler eine höhere Temperatur als normal und kann als Rückfluß verwendet werden. Die verbleibenden Dämpfe werden dann in dem zweiten Kühler unter Bildung eines viel kälteren Destillatproduktes kondensiert. Durch Erzeugung eines heißeren Rückflusses kann der Abstand zwischen dem Zerstäuber 19 und dem Rückflußtrog 20, der zur Erhöhung der Rückflußtemperatur auf den gewünschten Wert notwendig 1st, verringert werden. Im allgemeinen sollte die Temperatur des Rückflusses so hoch wie möglich gehalten werden, um den Abstand zwischen dem Zerstäuber und dem Rückflußtrog auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

Die gasförmige Phase in Trommel 29, die Kohlenwasserstoff dämpfe und Wasserdampf enthält, wird durch Leitung 33 zum Endkühler 43 geleitet. Hier werden die Dämpfe auf eine solche Temperatur gekühlt, daß eine maximale Ausbeute an DestillatflUssigkelten erzielt wird. Wie im Fall des Kühlers 27 löst sich Jegliches während der Kühlung gebildete Ammoniumchlorid im Kondensationswasser. Der Ab-

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lauf aus dem Kühler wird dann durch Leitung 34 In die Destillattrommel 35 geleitet, wo sich Wasser von dem Kohlenwasserstoffdestillat durch Phasenabsetzung trennen kann. Das Wasser, welches gelöstes Ammoniumchlorid enthält, wird aus der Destillattrommel 35 über Leitung 36 entfernt und durch Leitungen 31, 23, 24 und 25 zum Naßwäscher 22 in Umlauf geführt. Das Kohlenwasserstofföldestillat ist ein Produkt von Naphthaqualität und wird aus der Destillattrommel 35 über Leitung 37 entfernt und zu stromabwärts liegenden Anlagen zur weiteren Behandlung geführt oder zur Lagerung geschickt. Die Dämpfe, die nicht in dem Kühler 43 kondensiert wurden, werden aus der Destillattrommel 35 durch Leitung 38 abgezogen und als Heizgas zur Erzeugung von Prozeßwärme angewendet oder für andere Zwecke verwendet.

Aus der vorstehenden Erörterung ist klar, daß die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren liefert, wobei die Temperatur eines einem Fraktionierturm zugeführten Rückflußstroms erhöht wird, nachdem der Rückfluß in den Turm eintritt und bevor er auf einen RUckflußrUckführboden geleitet wird. Es ist klar, daß die Erfindung nicht auf einen Fraktionierturm beschränkt 1st, in welchem Ammoniumchlorid desublimieren kann und das Kolonneninnere verstopfen kann, sondern auf Jeden beliebigen Fraktionlerturm anwendbar ist, intern die Bildung beliebiger Arten von Feststoffen von der Temperatur abhängig

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ist. Beispielswelse kann es erwünscht sein, die Rückflußtemperatur in einem Fraktionlerturm zu erhöhen, um die Desublimation von Ammoniumhydrosulfid, Ammoniumhydrosulfit, Ammoniumbicarbonat und ähnlichen Substanzen, welche der Desublimation unterliegen, zu verhindern. Es 1st auch klar, daß die Erfindung nicht auf einen Fraktionierturm beschränkt 1st, lnjäem Desublimation auftreten kann, sondern sie kann in jedem beliebigen Fraktionierturm angewendet werden, iqöem es aus irgendeinem Grund erwünscht ist, die Temperatur des dem Turm zugeführten Rückflusses innen zu erhöhen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verhinderung der Desublimierung einer Verbindung unter Bildung von Feststoffen in einem Fraktionierturm durch Erhöhung der Temperatur eines Rückflußstroms auf einen höheren Wert als die Desublimatlonstemperatur der Verbindung nachdem der Rückflußstrom in den Fraktionierturm eintritt und bevor er auf einen Rückflußrückführboden geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Rückflußstrom durch einen über dem RückflußrUckführboden angeordneten Zerstäuber in dem Fraktionierturm unter Bildung eines herunterfallenden Sprühnebels aus Flüssigkeitströpfchen geleitet wird,

(b) die herunterfallenden Tröpfchen als erhitzter Rückfluß auf einem zwischen dem Rückflußrückführboden und dem Zerstäuber angeordneten Kaminboden gesammelt werden, wobei der Kaminboden Kamine oder Kanäle enthält, welche die aus dem Rückflußrückführboden aufwärts durch den Kaminboden aufsteigenden heißen Dämpfe befördern,

(c) wobei der Kaminboden In einem ausreichenden Abstand unter dem Zerstäuber angeordnet ist, sodaß ein ausreichender Wärmeübergang von den heißen Dämpfen auf die herunterfallenden Tröpfchen ermöglicht wird, sodaß die Temperatur des auf dem Kaminboden gesammelten erhitzten Rückflusses höher ist als die

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Desublimationstemperatur der Verbindung und

(d) der erhitzte Rückfluß aus dem Kaminboden auf den Rückflußrückführboden geleitet wird.

2. Verfahren noch Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des erhitzten Rückflusses auf dem Kaminboden etwa 5 bis 22⁰C (10 bis 4O⁰F) höher ist als die Desublimationstemperatur der Verbindung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß

(a) aus dem Fraktionierturm Überkopf entfernte Dämpfe mit Wasser in einer Waschzone gewaschen werden,

(b) der Ablauf aus der Waschzone durch einen Kondensator unter Bildung eines flüssigen Kondensats geführt wird,

(c) wenigstens ein Teil des flüssigen Kondensats als Rückfluß durch eine über dem Rückflußrückführboden in dem Fraktionierturm angeordnete Sprühdüse zur Bildung des herunterfallenden Sprühnebels aus Flüssigkeitströpfchen geleitet wird,

(d) die herunterfallenden Tröpfchen als erhitzter Rückfluß auf dem zwischen dem Rückflußrückführboden und der Sprühdüse angeordneten Kaminboden gesammelt werden und

(e) der erhitzte Rückfluß aus dem Kaminboden auf den Rückflußrückführboden geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, daduroh g β -

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kennzeichnet , daß die Verbindung aus Ammoniumchlorid besteht.

5· Destillationevorrichtung zur Durchführung einer Fraktionierung, bei der die Dampfphase eine Verbindung enthält, welche Desublimierung unter Bildung von Feststoffen eingeht, wobei die Fraktioniervorrichtung einen Fraktionierturm, einen Kühler zur Aufnahme und Kondensierung von aus dem Fraktionierturm entfernten Dämpfen, eine Leitung zur Weiterführung des Dampfes aus dem Fraktionierturm zu dem Kühler, Mittel zum Sammeln von aus dem Kühler entfernten Dämpfen und Flüssigkeit, eine Leitung zur Weiterftihrung des Dampfes und der Flüssigkeit aus dem Kühler zu den Sammelvorrichtungen, und eine Leitung zur Rückführung wenigstens eines Teils der Flüssigkeit als Rückfluß zu einem Rückflußrückführboden in dem Fraktionierturm aufweist, gekennzeichnet durch

(a) eine Einrichtung (19) zur Zerstäubung des flüssigen Rückflusses unter Erzeugung eines herabfallenden SprUhnebels aus FlüssigkeitstrCpfchen, wobei die ZerstMubungseinr lchtung alt der RtickflußrUckfUhrleitung (17) verbunden ist und In dem Fraktionierturm über dem Rückflußrückführboden (16) angeordnet ist,

(b) einen zwischen dem Rückflußrückführboden und der Zerstäubungseinrichtung In dem Fraktionierturm angeordneten Kaminboden (20) zum Sammeln der FlüssigkeitstrOpfchen als erhitzten Rückfluß und Weiterleiten des erhitzten Rückflusses auf den Rückflußrückführboden, wobei der Kaminboden Kamine

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enthalt, welche die aus dem RUckflußrUckführboden aufsteigend« heiß«Dämpfe aufwärts durch den Kaminboden fördern und

(c) wobei der Kaminboden in einem ausreichenden Abstand unter der Zerstäubungseinrichtung angeordnet ist,um einen ausreichenden Wärmeübergang von den heißen Dämpfen auf die herabfallenden Tröpfchen zu ermöglichen, sodaß die Temperatur des erhitzten Rückflusses höher ist als die Desublimatlonstemperatur der Verbindung.

6. Destillationsvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Zerstäubungseinrichtung (19) eine Sprühdüse aufweist.

7. Destniprtrlrngvorricfatung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Fraktionierturm (13) einen ersten Kühler (27) zur Aufnahme und partiellen Kondensierung von aus dem Fraktionlerturm entfernten Dämpfen, eine Leitung (21), um die Dämpfe aus dem Fraktionierturm zu dem Kühler zu führen, eine erste Trommel (29) zum Sammeln von Dämpfen und Flüssigkeit, die aus dem ersten Kühler entfernt worden sind, eine Leitung (28) zur Leitung der Dämpfe und Flüssigkeit aus dem ersten Kühler in die Sammeleinrichtung, eine Leitung (17) zur Rückführung der Flüssigkeit als Rückfluß zu einem Rückflußrückführboden (16) in dem Fraktionlerturm, einen zweiten Kühler (A3) zur Aufnahme und zur weiteren Kondensation von

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aus der ersten Trommel entfernten Dämpfen, eine Leitimg (33) zur Leitung der Dämpfe aus der ersten Trommel zu dem zweiten Kühler, eine zweite Trommel (35) zur Sammlung von Dämpfen und Flüssigkeit, die aus dem zweiten Kühler entfernt wurden und Einrichtungen (22) zum Waschen der aus dem Fraktionierturm entfernten Dämpfe mit Wasser, wo-.bei die Waschvorrichtung in der Leitung zwischen dem Fraktionierturm und dem ersten Kühler angeordnet ist, enthält.

8. Destillationsvorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Waschvorrichtung ein Venturirohr aufweist.

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